快充行业系列之一：快充驱动新能源车产业链“用电”改造

证券研究报告股票研究证券研究报告股票研究行业更新8.16快充驱动新能源车产业链“用电”改造快充行业系列之一证书编号石岩(分析师)68yangtjascomS880519080001庞钧文(分析师)3ascomS0880517120001牟俊宇(分析师)610moujunyu@S521080003本报告导读：负极：贝特瑞、中科电气、璞泰来，受益标的：信德新材；3)导电标的：天奈科技；4)涂布技术解决方案：受益标的：曼恩有快充技术是系统工程，推动“电器件”迭代换新。快充技术主要涉及覆、表面功能化)、电解质(新型锂盐LiFSI)、导电剂(碳纳米管)、电极设计(降低电极厚度)等途径优化电芯材料，提高锂离子迁移速率以提升快充能力。电池的管控体系上，主要通过散热(液冷散热、多层液冷板)、车载电源(高电压化)、汽车零部件(第三代半导体材料)等途径升级配套车端零部件，适配快充性能。在基础设施上，主要通过建立快充站及优化电网(配建储能、虚拟电厂)应对快充需国内头部企业全方位布局快充领域，加快快充产业化进程。2018年动力锂电增持细分行业评级相关报告逐步改善》2023.08.15航》2023.08.14望迎修复》2023.07.17业化进度》2023.07.04动力锂电《政策利好不断，需求复苏可期》2023.06.27请务必阅读正文之后的免责条款部分行业更新ofof20 行业更新ofof1.快充技术高效补能，改善电车里程焦虑全球新能源汽车市场持续增长，市场空间广阔。根据EVSales数据，能源汽车渗透率为13.0%差、充电慢密不可分，也一定程度上限制了电动汽车的广泛应用。而随着新能源汽车智能化发展趋势成为主流，更丰富的座舱体验和智能驾驶看，解决里程焦虑的两种途径分别是提升电池充电速率和提高电池能量密度。考虑到目前主流车型续航已经能满足消费者日常通勤需求，在关统的交流慢充补能，直流快充补能下充电桩内置功率转换模块，将交流电转换为直流电直接输入车内电池组，无需通过车载充电机进行转换，幅度提升补能效率。表1:直流快充在充电时间上具有显著优势交流慢充直流快充简介为直流电方可进行充换模块，将交流电转换为直流电直接优点，不依赖充电桩或共用充电缺点分电车的续航里程超和工作成本较高；充电电流大，对充电的技术和方法要求高，对动力电池的寿命有负面影响；且大电会对公用电网产生冲击，会影响电网的供电质量和安全：伟丰新能源科技，沐风机械，国泰君安证券研究行业更新ofof20快充技术的电动化平台方案。我们认为，当下新能源车行业竞争激烈，快充技术作为解决新能源车里程焦虑的差异化性能，成为车企引流消费主要涉及微电池技术和宏电池技术，微电池技术致力于研究电极材料、电要关注与充电桩、电池包及相应的电动车电子电气架构和充电站的开发、快充期间电网负行业更新3.能量体系-电芯：提高锂离子迁移速率以提升快充锂离子和电子在电极和界面中的迁移速率很大程度上决定了快充能力。料和界面中的锂离子的扩散速率和离子电导ngbatterymaterials研究行业更新ff材料依然存在一些技术瓶颈。第一，虽然石墨独特的层状结构可以实现锂离子的嵌入，但由于石墨层间距较小，造成锂离子的扩散阻力较大，扩散动力学不理想，从而无法达到理想的倍率性能。第二，锂离子嵌入石墨时较长的扩散路径会使得电池的倍率性能不理想。第三，在快速充电的情况下，较大的极化会使石墨的嵌锂电位无限接近于锂金属的沉积甚至会造成内部短路或热失控。第四，石墨的片层结构之间由微弱的范德华力连接，因此结构不稳定。锂离子嵌入过程中伴随的溶剂分子共嵌通过造粒、表面碳包覆、表面功能化等措施改善石墨负极性能，使其满足快充需求。对石墨材料，锂离子的传导速率主要受颗粒的大小、粒度分布、取向性、表面状态等因素的影响。通过造粒可以控制石墨的颗粒大小、粒径分布和形貌。小颗粒石墨材料之间存在凹孔，可以提高材料保液性能和降低材料的膨胀系数，缩短锂离子的扩散路径，降低锂离子的浓差极化，因此小颗粒有利于提高材料倍率性能。表面碳包覆是指以表层的无定型碳相当于形成一层缓冲层，可以有效吸附电解液，更有利于锂离子的扩散，降低锂离子在石墨表面的传递阻力，增加了锂离子的扩散通道，从而可以改善石墨材料的大电流充放电性能。另外，亦可以通过石墨材料的表面功能化，例如通过KOH在石墨表面刻蚀、氧、氮墨的制备工艺中对材料进行造粒改性：公司公告，环评报告，国泰君安证券研究行业更新ofof包覆比例(mass%)0.1C容量(mAh/g)倍率性能C0.5C/C0.1CC0.5C/C0.2CC0.5C/C0.3CC0.5C/C0.4C0992858817快充模式对电解液的热稳定性及导电性提出更高要求，新型锂盐LiFSI散系池快充能力的重要因素，因此增加电解液的离子电导率有利于降低锂离F电压的情况下会出现严重的析锂反应，同时高电压带来的高温会严重影LiPF必溶质名称优点缺点六氟磷酸锂(LiPF6)剂中具有合适的溶解度和较高的离子能在Al箔集流体表面形成一层稳定的能协同碳酸酯溶剂在石墨电极表面生成一层稳定的SEI膜LiPF稳定性较差，极易与痕量的水分发生反应产生强酸,会破坏电极表面SEI膜,溶解正极活性组分,导致循环过程中容量严重衰减双氟磺酰亚胺锂和对水敏感度低等优点，另全性，能有效提高低温放电放电性能FSI3.3.导电剂：碳纳米管导电性能优异碳纳米管具备更高导电率，更能满足快充要求。导电添加剂的作用是在活性物质之间、活性物质与集流体之间收集微电流，以减小电极的接触行业更新电石墨类和碳钎维属于传统的导电剂；碳纳米管和石墨烯属于新型导电剂材料。碳纳米管呈圆柱状，内部中空，具有良好的电子导电性。柱状结构能够与活性材料点对线接触，在电极活性材料中形成连续的导电网络，充当“导线”的作用，有利于提高电池容量、倍率性能、电池循环表4：新型导电剂性能优异价格便宜,经济性高量大,降低正极活性物质占比,全依赖进口用于高倍率、高容量型价格贵,分散难、全依赖进口乙炔黑吸液性较好,有助提升循环寿命价格较贵,影响极片压实性能,主要依导电石墨类导电剂颗粒度较大,有利于提升极片压实性能添加量较大,主要依赖进口碳纤维导电性优异分散困难、价格高、全依赖进口新导电性能优异,添加量小,提升电池能碳纳米管导电剂需要预分散,价格较高型量密度,提升电池循环寿命性能导导电性优异,比表面积大,可提升极片分散性能较差,需要复合使用,使用相电石墨烯导电剂压实性能对局限剂米管可在电极活性材料中形成连续的导电网络ofof往往采用的是较厚的电极。然而在充电过快的情况下，锂离子不能到达电极活性材料的所有的储存位点，因此需要改进电极制造工艺，采用小电机厚度有利于提升快充性能池包+零部件：全面升级适配快充性能4.1.电池包：液冷符合快充模式下高散热要求电动车电池热管理系统通过冷却媒介把电池内部的热量传递到外界环境由于快充模式下新能源汽车电池中心区域的温度较高，其所需要的散热冷却方式具体方式冷却介质优点缺点，通过热(以乙二醇水溶液为率高热与通风口，通空气流利用难散热片将热量传递板与金来散热热成本低廉热效果不佳，仅适小功率变材料散热散热保、与行业更新电池集成度高性，高成本：浅析新能源汽车动力电池热管理技术，国泰君安证券研究介质的冷却板，其原理是在金属板材内加工形成流道，元件安装于板的表面，中间涂装导热介质，通过冷却液在板内流动带走元件所发出的热充技术CTP3.0麒麟电池。为保证在快充环境下电池的安全性能，麒麟电池创造性地将隔热垫、水冷板和横纵梁进行了三合一的集成，将传统设在底部的水冷功能件置于电芯之间，使得水冷板的散热从单面散热变图10：麒麟电池将隔热垫、水冷板和横纵梁集成图11：麒麟电池散热面积是原来电池包的四倍：宁德时代车载系统高压化逐渐成为解决动力电池充电慢问题的核心方案。快充技术的核心在于提高整车充电功率，包括大电流及高电压两种方式。根据压(V)*电流(A)。在现有常规400V充电电压下，若直接提升车载电使得整车重量和成本增加。相较于常规400V充电系统，在同等功率的项目大电流高电压提升方案提升至800V(含)以上，最大充产生热量高低行业更新散热要求高低线束粗细推广难度大低主要代表表7：铜线在不同温度和线径下所能承受的最大电流导线横截面积(mm2)铜线温度(℃)60758590电流(A)2.5202025254.0252530306.0303540408.04050555545565707522708595953085100100110389511512513050110130145150601251501651707014517519019580165200215225100195230250260新疆华光智远，国泰君安证券研究充电，需要增加单体电池串联个数，对电芯的一致性提出在对串联的电池组充电时，电池组中容量最小的锂电池单体将最先充满电，而其他电池此时还没有充满电。若继续充电，则已充满电的单体锂电池就会被过充电。而锂电池过充电会严重损害电池的性能，甚至可能会导致爆炸造成人员伤害，因此，为了防止出现单体锂电池过充电，锂对每一只单体锂电池进行过充电等保护。因此，使用高电压策略提高充最大功率W最大电流容量质量g能量密度充电时间电芯串并联50021700圆柱电池s46pVElectricVehiclePowertrainsReviewandAnalysisofBenefits,Challenges,andFutureTrends》，国泰君安证券部分800V电车规划车型额定电流(A)功率(kW)续航能力(Km)量产时间行业更新004.3.汽车零部件：高压快充驱动第三代半导体导入面，高压平台对其绝缘能力、耐压能级等提出更高要求，难点在于电机：智驾网备性能优势和全生命周期降本优势。800V架构需要将功率器件额定电压从650V转变为1200V，对应OBC产品功率从3.3/6.6kW提升至OBCpct约+运营节约+二氧化碳节约)带来$435的成本节约。项目硅/碳化硅混合纯碳化硅系统成本功率密度系统效率碳化硅基CO2减排测算/碳化硅基生命周期成本净节约/.基础设施：加强基础设施配套，完善快充网络5.1.充电桩：开发快充桩满足市场需求从增量车传导充电用连接装置第1部分:通用要求》推荐性国家标准的修订计划，指出将进一步提高充电电流电压，优化完善控制导引电路、通信协位：万桩)相较于新能源汽车高电压平台面临的三电系统全面升级，超级快充桩的开发会相对顺利。800V超级快充桩的内部结构与400V充电桩一致，仍是由充电模块、充电枪线、主控板及其他配件等构成，无须升级为分体代半导体，因此具有一定的开发难度。除此之外，充电枪、充电线接触器、熔丝等需要根据电压的改变而重新选型。当前星星充电、普天新能数发布时间充电电压(V)充电功率(kW)9星星充电9电王快充1行业更新特来电2图14:特来电超级快充桩5.2.电网：储能、虚拟电厂应对快充需求大规模部署快充桩可能冲击配电网。当前新能源汽车的所需电量仍需从电网获得，因此大功率超级快充桩如何友好和经济地接入电网是新能源电车快充的重要问题。伴随新能源汽车快充功率提高，必须完善电网相截止2022年6月，全国电车用电量约占全社会用电量的千分之二。即使新能源汽车全面取代燃油车，用电量也是电网能够未配备大功率变压器，因可在用电低谷期储存电能，在用电高峰期可不借助电网，而直接用储能电站的电能给电动汽车充电。因此储能电站的存在可以减轻配电网的负担，超级快充也可一并实现。但储能电站的建设成本和运营成本高，需新为无序充电，当车主将车连上充电桩时即开始充电，电行业更新传输。建立虚拟电厂的意义在于实现有规划的电能双向传输，在电车停放时即连接电网。当电网负荷低时向电动车充电，当电网负荷高时则有电动车向电网放电。这种规范调节的频率以秒为单位，每一辆新能源车均可称为电网的微型储能站，实现电能的规范调度，并表12：V2G实现车对电网反向补能简要说明示例车对电网低时，新能源汽网负荷高时，新能源汽车可向电网释放电能，现削峰填谷：威迈斯招股说明书，国泰君安证券研究6.国内头部企业全面布局快充领域业全方位布局快充领域，加快快充产业化进程。由于快充作为系统工程，需要全产业链协同配合，才能实现其产业化应用和发展，目前国内头部企业已从微电池技术到宏电池技术全面开发、协同布局。从快充技术涉及到的电池、负极、电解质、导电剂、电极制造、车载电时，头部企业端的推进有望将快充产业化进程大大加快。表13:各头部企业皆涉及快充路线布局公司主业快充技术路线布局具体内容CTP3.0麒麟电池CTP体积利用率突破打造极耳直连顶部一体式集流盘，相较无极耳电池，实现电流流经路径下降70%，ACR(交流内阻)下降27%，DCR(直流阻抗)下降能大圆柱电池及“π”电池系统芯达C型行业更新巢能源D电池固态沥青、热固性树脂、生物质炭等包覆剂，通过优化包覆过程，实表面的均匀碳包覆，具有优异的电解液润湿特性和锂离子快速嵌可逆容量高、循环性能和低温倍率性能优异度式结构的复合负极制备“双黄核壳”或“多黄核壳”结构的快充复合材料，以人造石墨和软碳为内核，再以沥青为碳源，碳化后制备得到无定型碳包覆“梯度式晶型”结构的复合负极材料内部镶嵌的小颗粒为晶型最好的石墨结构，框架载体为晶型一般的石墨结构，最外层包覆为晶型最差的无定形青包覆在二次造粒后的颗粒表面，再经过石墨化处理后得到高极材料层，制造双层包覆的高容量快，表现出良好的锂离子导电率和电子导电性，有效提率性能、安全性能和循环性能新材来循环性能、克容量、倍率性能、低温性能等方面的提升产碳纳米管头好坏技术要求技EL应用股份TCUCCU行业更新安全于2022年12月发布充电桩充电模块产品，包括75KWACDC液冷模块、美规EMI/EMC等规格要求案缘故障保护等保护功能气7.投资建议导电剂、电极制造、车载电源、热管理系统、充电桩、电网基础设施等各环节的协作搭配，看好布局快充技术研发生产的各环节龙头企业。推14：盈利预测一览股票代码股票名称收盘价评级.08.15AEEAEEZZ能544881Z4603659.SH璞泰来37.482.242.673.4115.8714.0410.99增持Z47SZ4280—300207.SZ欣旺达15.090.620.530.9633.9428.2715.76—新材Z960240—688116.SH天奈科技29.451.831.432.0628.4720.5514.29—Z6646—Z技-85—SZ股